提高發(fā)電廠BOP魯棒性的策略研究

李 浩，王曉東，張佩響

（徐州華潤電力有限公司技術(shù)支持部，江蘇徐州221000）

1 引言

電廠BOP（Balance Of Plant）即電廠輔助車間控制系統(tǒng)，它是利用先進的計算機技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將相互獨立的各個外圍輔助系統(tǒng)集成控制，實現(xiàn)外圍控制系統(tǒng)少人值班或無人值班，提高外圍設(shè)備控制水平，從而大幅度地提高勞動生產(chǎn)率，并達到減員增效的目的。輔網(wǎng)的魯棒性對于電廠輔助車間的安全、連續(xù)生產(chǎn)來說，具有至關(guān)重要的作用。

2 輔網(wǎng)構(gòu)成

圖1 輔網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

銅山華潤電力有限公司裝機為2 臺1000MW的超臨界燃煤發(fā)電機組，于2010年建成投產(chǎn)。其BOP 輔網(wǎng)設(shè)有水網(wǎng)、煤網(wǎng)、灰網(wǎng)等子網(wǎng)絡(luò)，子網(wǎng)間用千兆網(wǎng)絡(luò)連接，整個輔網(wǎng)設(shè)置有一個集中控制室，實現(xiàn)對水網(wǎng)、煤網(wǎng)、灰網(wǎng)的集中監(jiān)控。就地還設(shè)有單獨的水網(wǎng)控制室和輸煤控制室，在輔網(wǎng)出現(xiàn)故障的情況下，不影響水網(wǎng)、煤網(wǎng)和灰網(wǎng)的正常運行。目前煤網(wǎng)、水網(wǎng)控制室還是有人值守，輔網(wǎng)主要對爐后輔控系統(tǒng)（氣力除灰系統(tǒng)、渣水系統(tǒng)、高壓電除塵系統(tǒng)等）進行監(jiān)控操作，對煤網(wǎng)、水網(wǎng)只監(jiān)不控。輔網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

輔網(wǎng)集控室內(nèi)設(shè)置安裝了施耐德Vijeo Citect無限點服務器端監(jiān)控軟件的容錯服務器1 臺，也安裝了施耐德Vijeo Citect 無限點客戶端監(jiān)控軟件的操作站6 臺。水網(wǎng)控制室設(shè)置了4 臺操作站，其中1 臺操作站設(shè)為服務器。煤網(wǎng)控制室設(shè)置了2臺操作站，其中1 臺設(shè)為服務器。

整個輔網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)可分3 層，即監(jiān)控層、控制層和現(xiàn)場層。監(jiān)控層由核心交換機（德國赫斯曼工業(yè)級產(chǎn)品）、服務器（日本NEC 容錯服務器）和操作站（Diggcom 工控機）組成，通訊網(wǎng)絡(luò)為工業(yè)以太網(wǎng)?？刂茖佑蒛nity Quantum 140CPU67160 熱備PLC 系統(tǒng)構(gòu)成，通訊網(wǎng)絡(luò)為RIO。組態(tài)軟件選擇Vijeo Citect 7.0 版本，編程軟件選擇Unity Pro 5［1］?，F(xiàn)場層為被控設(shè)備。輔網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖如圖2所示。

3 現(xiàn)有策略

為了提高系統(tǒng)的魯棒性，輔網(wǎng)采取了以下對策：

3.1 不間斷供電

電源采用雙路供電＋交流自動切換裝置。因為計算機電源的Hold Up Time 時間一般為20ms 左右，而交流電源的極限切換時間為20ms，故為了保證當交流電源切換時不導致計算機重啟，系統(tǒng)在交流自動切換裝置的下口還增加了UPS 設(shè)備。

3.2 雙機熱備

控制層由Unity Quantum 140CPU67160 熱備PLC 系統(tǒng)構(gòu)成，此系統(tǒng)雙機熱備，在工作CPU 出現(xiàn)故障的情況下可無擾切換至熱備CPU［1］。

3.3 冗余的數(shù)據(jù)鏈路

圖2 輔網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

冗余的數(shù)據(jù)鏈路主要包括兩個方面：在控制層，RIO 遠程分站采用雙纜冗余；在監(jiān)控層，以太網(wǎng)也采用A／B 網(wǎng)的雙網(wǎng)冗余模式。這里有必要指出的是，在采用雙機熱備的PLC 系統(tǒng)中，要想構(gòu)成真正的雙以太網(wǎng)，必須配置4 塊PLC 以太網(wǎng)模塊，否則不算是真正的雙網(wǎng)［1］。

3.4 采取隔離措施

對于開關(guān)量，盡量采用繼電器輸入／輸出模塊，否則要外加繼電器隔離。對于模擬量，要加裝信號隔離器。

3.5 構(gòu)建通暢的網(wǎng)絡(luò)

本網(wǎng)絡(luò)拓撲為樹形結(jié)構(gòu)。眾所周知，如果每個操作站和每個PLC 子站都直接交換數(shù)據(jù)，必然會引起非常大的廣播風暴，導致網(wǎng)絡(luò)擁塞，使系統(tǒng)魯棒性下降。為了解決這一問題，本網(wǎng)采取了以下策略：

3.5.1 設(shè)置就地操作站

每個PLC 子站有且僅有一臺操作站，此操作站設(shè)為服務器，其僅僅與這個子站交換數(shù)據(jù)，不會增加網(wǎng)絡(luò)通訊數(shù)據(jù)量。設(shè)置就地操作站的目的，一是如果輔網(wǎng)出現(xiàn)通訊問題，此站可作為后備操作站；二是如果現(xiàn)場設(shè)備出現(xiàn)問題，工程師可以很方便地在現(xiàn)場操作站上查找故障并修改邏輯。

3.5.2 采用C／S 架構(gòu)

消除“廣播風暴”的方案有劃分虛擬局域網(wǎng)、采用具有過濾功能的多層交換機和采用C／S 架構(gòu)［2］。本網(wǎng)采用C／S 架構(gòu)以盡量減少全局數(shù)據(jù)交換。

Citect 軟件在組網(wǎng)時提供C／S 架構(gòu)。在水網(wǎng)和輔網(wǎng)各設(shè)置一臺容錯服務器，其中，水網(wǎng)服務器和水網(wǎng)各PLC 子站通信，水網(wǎng)操作站作為客戶端訪問水網(wǎng)服務器；而輔網(wǎng)服務器則可以和所有PLC子站通信，輔控操作站客戶端訪問輔網(wǎng)服務器以交換數(shù)據(jù)。

服務器和操作站安裝同樣的Citect 軟件。當服務器地址設(shè)置為本機地址時，則此臺操作站成為服務器，否則為客戶端。

通過以上策略，大大減少了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量，避免了網(wǎng)絡(luò)擁塞，保證了監(jiān)控系統(tǒng)的實時性和魯棒性。

采用C／S 架構(gòu)的好處顯而易見，但是，新的問題隨之而來。我們知道，整個輔網(wǎng)操作站眾多，而采用C／S 架構(gòu)的操作站，不管是服務器還是客戶端，都包含同樣的工程文件，如果修改一個工程，就要在各個操作站上修改，這樣很難保證各操作站數(shù)據(jù)的一致性，網(wǎng)絡(luò)的魯棒性受到極大影響。

4 優(yōu)化策略

隨著Internet 的廣泛應用，許多企業(yè)開始采用Internet 技術(shù)來構(gòu)建自己的企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)，即Intranet。而Broswer／Server 這種成熟的體系結(jié)構(gòu)也越來越多地應用在工控網(wǎng)上。

4.1 B／S 架構(gòu)

Broswer／Server（B／S）是由Client／Server（C／S）架構(gòu)發(fā)展而來的一種三層分布式體系結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。其工作原理為：瀏覽器向Web 服務器發(fā)出請求→Web 服務器處理→到數(shù)據(jù)庫服務器上查詢→查詢結(jié)果送回Web 服務器→處理為瀏覽器通用的數(shù)據(jù)格式發(fā)回瀏覽器。

圖3 三層B／S 架構(gòu)

在B／S 架構(gòu)中，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以及其它一些組件都集中在數(shù)據(jù)庫服務器上，客戶端把事務處理邏輯部分分給了Web 服務器，它只負責顯示部分，其上僅需配置瀏覽器即可實現(xiàn)對服務器端的數(shù)據(jù)訪問，即所謂的“瘦客戶／胖服務器”結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的C／S 結(jié)構(gòu)相比，它存在以下優(yōu)點：

（1）開發(fā)、維護方便：在B／S 架構(gòu)下，所有開發(fā)、維護工作都集中在服務器端，大大減少了工作量，使開發(fā)、維護人員不再奔走于各客戶機之間，而把主要精力放在服務器的開發(fā)、維護上。

（2）安全性好：由于客戶端是通過Web 服務器對數(shù)據(jù)庫進行操作，而不直接與數(shù)據(jù)庫連接，避免了客戶端對數(shù)據(jù)庫進行破壞。

（3）易擴展：B／S 的三層架構(gòu)，層與層之間相互獨立，任何一層的改變不影響其它層的功能，從根本上改變了傳統(tǒng)C／S 體系結(jié)構(gòu)不易擴展的缺陷。

（4）可靠性高：由于客戶端只安裝瀏覽器，對硬件設(shè)備要求不高，同樣的配置，可以獲得很高的可靠性。

因此，開發(fā)基于B／S 架構(gòu)模式下的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)，既可為企業(yè)節(jié)約大量費用，提高經(jīng)濟效益，又可顯著提高輔網(wǎng)的魯棒性［3］。

4.2 Citect 支持

在Citect 5.2 以前的版本中，它的網(wǎng)絡(luò)功能是基于C／S 架構(gòu)的。隨著Web 技術(shù)的廣泛應用，Cit公司適時地在其新版Citect 中加入了其IDC（Internet Display Client）技術(shù)。

IDC 是一種具有Web 功能的技術(shù)，它可方便地在Internet／Intranet 上訪問實時控制系統(tǒng)?？蛻舳丝捎萌魏蔚臉藴蔠eb 瀏覽器從服務器上下載IDC 軟件，并安裝在本地計算機上。一個IDC 可連接到多個CIS 上。CIS 負責為IDC 發(fā)布Citect Server 的數(shù)據(jù)及頁面，在IDC 客戶端無需進行任何組態(tài)。Citect 會定期比較CIS 與IDC 上的工程文件，如果CIS 上組態(tài)有變動，IDC 會立即從CIS 上下載新的工程文件進行更新。這樣的方式大大減少了網(wǎng)絡(luò)傳送的信息量，保證了各操作站之間數(shù)據(jù)的一致性［3］。

5 結(jié)束語

系統(tǒng)經(jīng)現(xiàn)場3年多的實際運行，可以看出，輔網(wǎng)運行平穩(wěn)，提高了BOP 的自動化水平，減少了設(shè)備的故障率，大量減少了運行、維護人員，大幅提高了勞動生產(chǎn)率。但同時，采用C／S 架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)魯棒性不高，為了提高系統(tǒng)的魯棒性、減輕維護人員的工作量，該網(wǎng)絡(luò)還可以進一步優(yōu)化，并可以采用成熟的B／S 架構(gòu)。

［1］Mike Heron，Unity.施耐德電氣新一代自動化平臺［J］.Control Engineering China，2006，（Z1）：10－11.

［2］謝希仁.計算機網(wǎng)絡(luò)［M］.大連：大連理工大學出版社，第3 版.105－108.

［3］鄭小虎，蔡翔云，姜 麟.采用Citect 實現(xiàn)基于B／S 結(jié)構(gòu)的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)［J］.昆明理工大學學報，26（1）：64－66.